【石墨回收】JECE：使用从石墨废物中声电化学衍生的功能化石墨烯纳米片高度吸附去除重金属、染料和抗生素污染物

【论文链接】

https://doi.org/10.1016/j.jece.2024.113020

Highly adsorptive removal of heavy metal, dye, and antibiotic pollutants using functionalized graphene nanosheets sono-electrochemically derived from graphitic waste

【作者单位】

Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry；Vietnam National University；Thai Nguyen University of Pharmacy and Medicine

【论文摘要】

开发低成本的高吸附材料对工业废水的高效处理至关重要。报道了一种一步声电化学法合成功能化石墨烯(FG)纳米片，作为一种有效的吸附材料，利用废旧电池中的石墨废料。

扫描/透射电子显微镜和拉曼显微镜研究表明，合成的纳米片由很少的(2-6)石墨烯层组成。此外，傅立叶变换红外光谱和X-射线光电子期刊防伪光谱分析表明，纳米片上存在氧官能团(C=O和-COOH，氧含量为4.29%)，这对静电吸附水溶液中的重金属、染料和抗生素非常有利。FG纳米片对亚甲基蓝、甲基橙、恩诺沙星和Pb2+等多种污染物具有较强的吸附性能(恩诺沙星分别为99.95%和21.21 mg/g、亚甲蓝分别为98.93%和119.3 mg/g、甲基橙分别为95.82%和25.67 mg/g、Pb²⁺分别为95.56%和86.10 mg/g)。

因此，这些发现显示了FG材料作为高效吸附剂在去除水中的金属、有机和抗生素污染物方面的实际应用前景。

【实验方法】

官能化石墨烯纳米片的合成：

在一个典型的工艺中，使用8 GW电极作为阳极，1 GW作为阴极。将这些电极浸入含有5%NH₄NO₃、5%(NH₄)₂SO₄和7.5%KOH(1:1:2，v/v/v)的500毫升电解液中，然后将所有这些电解液置于超声化浴中。之后，系统在30 V下偏置30分钟。在直流偏压作用下，GW阳极在溶液中发生剥落。剥离后的材料经过过滤，用双蒸水洗涤，然后在80℃下干燥48h，得到功能化的石墨烯(FG)纳米片。

MB、MO、ENRO和Pb²⁺的批量吸附：

考察了pH值(3~11)、初始浓度(亚甲基蓝(MB)为100~350ppm，其它为5~100ppm)、吸附时间(30~180min)和吸附剂质量(0.01~0.06g)对FG的吸附性能。用盐酸和氢氧化钠溶液调节pH值。通常，将0.05g的FG分别加入到分别装有甲基溴、甲基橙(MO)、恩诺沙星(ENRO)和Pb²⁺溶液各50mL的三角形瓶中。然后以每分钟200转的速度摇动得到的混合物。预定时间后，将混合物以6000转/分的速度离心10分钟以除去吸附剂。用双光束光谱仪UV-Vis和AA光谱仪测定上清液的浓度。

【图文摘取】

【主要结论】

以废电池中的废石墨为原料，开发了一种简便、高效的一步合成功能石墨烯纳米片的方法。

对染料(MB、MO)、金属离子(Pb²⁺)和抗生素(Enro)的吸附性能良好，初始浓度为10ppm时对Enro、MO和Pb²⁺的去除效率分别为97.5%、95.82%和97%，对MB的初始浓度为100ppm时的去除效率为98.93%。高的吸附容量可以归因于(I)吸附物(FG)与吸附剂(MO和Pb²⁺)之间的静电相互作用，(ii)含氧官能团石墨烯薄片更好地促进了MO和MB分子以及Enro分子的相互作用，(iii)水溶液中MO和Pb²⁺现有的依赖于pH的化学结构之间的强大静电引力。然而，在工业规模上，声电化学反应副产物气体的控制还需要进一步深入研究。未来对旧石墨烯类吸收剂的开发研究是必要的，以降低制造成本，同时为实现附加值产品提供可能性。例如，对MB/烯吸附的石墨烯纳米材料在高温(真空或惰性气氛中>500℃)进行热处理，可以形成具有增强的电/电化学性能的氮/氟掺杂的石墨烯纳米材料。

为废旧电池废旧材料的管理和利用提供了可能性，为石墨烯基吸附剂的高效废物管理和循环经济的发展提供了可能。